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Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen einen Akkumulator auf, um den Antrieb zu speisen. Bei zahlreichen Fahrzeugen ist eine Ladebuchse vorgesehen, um Energie von außen in den Akkumulator zur übertragen, im Sinne eines Ladevorgangs, oder die Energie in ein Versorgungsnetz rückzuspeisen.
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Hierfür bestehen Ladestationen, die vereinfacht als Spannungsquelle dargestellt werden können. Die Höhe der Spannung und die Spannungsart ergeben sich aus dem jeweiligen Versorgungsnetz, wobei hier in unterschiedlichen Regionen oder Anwendungen unterschiedliche Spannungen und Phasenkonfigurationen auftreten und auch unterschiedliche Spannungsarten (Wechselspannung oder Gleichspannung) auftreten können. Es ergeben sich daher bei (hinsichtlich Spannung oder Konfiguration) unterschiedlichen Versorgungsnetzen auch unterschiedliche Spannungsniveaus. Somit können unterschiedliche Relationen zur Betriebsspannung des Akkumulators bestehen, insbesondere da diese mit dem Betrieb veränderlich ist und da auch Akkumulatoren bei unterschiedlichen Konfigurationen unterschiedliche Nennspannungen aufweisen.
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Abhängig von der Anbindung zu einem Versorgungsnetz kann somit für das Fahrzeug Gleichspannung oder Wechselspannung zur Verfügung stehen; auch bei der Rückspeisung kann es erforderlich sein, dass das Fahrzeug kompatibel ist zu Netzen unterschiedlicher Spannungsarten.
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In der
DE 10 2011 075 927 A1 ist ein Stromrichter beschrieben, der mittels eines Schaltnetzwerks Gleichspannung zu Gleichspannung oder Wechselspannung zu Gleichspannung wandeln kann.
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In der Druckschrift
DE 10 2013 220 683 A1 ist eine Ladevorrichtung beschrieben, die einen Ladestyp des Stromnetzes bestimmen kann.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich unterschiedliche Ladespannungsarten verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungsformen, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Es wird eine Ladevorrichtung vorgeschlagen, bei durch Konfiguration mehrere Halbbrücken unterschiedlich konfiguriert werden. Den Halbbrücken sind Serieninduktivitäten nachgeschaltet, über die durch Konfiguration von Verbindungen die Konfiguration und somit die Funktion der Halbbrücken veränderlich ist. Die Halbbrücken sind aktive Halbbrücken d.h. sind steuerbar. Die Halbbrücken können zusammen mit den Serieninduktivitäten mindestens einen Spannungswandler ausbilden, etwa Aufwärtswandler, Abwärtswandler oder Synchronwandler. Die Halbbrücken können ferner mindestens einen Gleichrichter ausbilden, indem sie in mindestens eine Gleichrichtergruppe gruppiert werden. Dadurch kann über eine Netzschnittstelle (konfigurationsabhängig) Wechselstrom oder Gleichstrom eingespeist werden, wobei die gleichen Halbbrücken verwendet werden. Ferner kann Wechselstrom oder Gleichstrom unter Verwendung der gleichen Halbbrücken an ein Netz abgegeben werden, das an das Fahrzeug angeschlossen ist.
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Zusammen mit den Serieninduktivitäten können die Halbbrücken konfigurierbar einen aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter, ein- oder mehrphasige Gleichrichter, und/oder einen Spannungswandler ausbilden, beispielsweise eine Kombination eines Gleichrichters und eines Spannungswandlers, der diesem nachgeschaltet ist. Zur Konfiguration sind Konfigurationsverbindungen vorgesehen, die von der gewünschten Konfiguration abhängen. Die Konfigurationsverbindungen verbinden Halbbrücken (über die Serieninduktivitäten) untereinander und/oder mit unterschiedlichen Anschlüssen, insbesondere mit einem Gleichspannungsanschluss oder mit einem Wechselspannungsanschluss. Die Ausbildung als Kombination eines (ein- oder mehrphasigen) Gleichrichters mit einem nachgeschalteten Spannungswandler entspricht einer ersten Wechselstromkonfiguration, die etwa für das Europäische Stromnetz (symmetrisches Drehstromnetz) in Frage kommt, während die Ausbildung als Leistungskorrekturfilter einer zweiten Wechselstromkonfiguration entspricht, wie sie in einem US-amerikanischen Stromnetz (Einphasen-Dreileiternetz, insbesondere mit Dreiphasenerweiterung) eingesetzt werden kann.
Die unterschiedlichen Spannungsanschlüsse sind an unterschiedliche Stromnetzkonfigurationen bzw. Ladestationkonfigurationen angepasst, etwa Gleichspannung einerseits und Wechselspannung andererseits. Es bestehen ferner Anpassungen an Wechselspannungkonfigurationen wie 1-phasig, 3-phasig, symmetrische Drehstromkonfiguration, Einphasen-Dreileiternetz, insbesondere mit Dreiphasenerweiterung - „Red-Leg Delta“ bzw. unterschiedlichen Wechselstrom-Phasenspannungen) oder an Gleichspannungskonfigurationen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus (etwa 400 V / 800 V) andererseits. Die mit der Verwendung bestimmter Drehstromanschlüsse verknüpfte Wechselstromkonfiguration wird mittels der Konfigurationsverbindungen eingestellt. Die Verwendung unterschiedlicher oder zur Nennspannung der Batterie unpassender Gleichspannungen kann mittels der Gleichspannungskonfiguration und der damit verknüpften Spannungswandergruppe angepasst werden oder kann angepasst werden durch die Wahl der Konfiguration, etwa Gleichspannungskonfiguration (mit Spannungswandlung) oder einer Direktladungskonfiguration, bei der ein Gleichspannungsanschluss direkt (d.h. ohne Spannungswandlung) mit dem Akkumulator verbunden ist.
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Die Konfigurationsverbindungen sind insbesondere Verbindungen, die bei oder nach der Herstellung, Bestückung und/oder Montage hergestellt werden können, etwa Verbindungen von Pins („Jumper“), von Kontaktflächen (insbesondere eines Schaltungsträgers), und/oder von Verbindungen innerhalb eines Steckverbinders, der eingerichtet ist, mit den Spannungsanschlüssen verbunden zu werden. Dies sind insbesondere Verbindungen, die dauerhaft hergestellt werden, d.h. die nicht per Signal steuerbar sind. Ein Teil der Konfigurationsverbindungen oder alle Konfigurationsverbindungen können einen steuerbaren (elektromechanischen oder halbleiterbasierten) Schalter aufweisen, um so die Konfiguration per Ansteuerung, d.h. mittels eines Steuersignals einzustellen. Ein Teil der Konfigurationsverbindungen oder alle Konfigurationsverbindungen können daher etwa als Halbleiterschalter (etwa als Transistor, TRIAC oder Thyristor) oder als elektromechanischer Schalter (etwa als Relais) ausgebildet sein. Insbesondere die Batterieverbindungen können als steuerbarer Schalter ausgebildet sein, während die weiteren Konfigurationsverbindungen steuerbare Schalter oder als Verbindungen, die bei oder nach der Herstellung, Bestückung und/oder Montage entstehen (insbesondere als Verbindungen, die dauerhaft hergestellt sind, d.h. nicht per Signal steuerbar sind) ausgebildet sein.
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In einer Gleichspannungskonfiguration kann die Ladevorrichtung eine (oder mehrere) Gleichspannungswandlergruppe aufweisen. Hierbei sind die Halbbrücken gruppiert und bilden zusammen mit den Serieninduktivitäten einen Spannungswandler. Insbesondere bilden Schalter der Halbleiterschalter (alle oder nur ein Teil der Halbleiterschalter der Gleichspannungswandlergruppe) zusammen mit den Serieninduktivitäten (mindestens) einen Spannungswandler. Der sich ergebende Spannungswandler verbindet die Netzschnittstelle (bzw. einen Gleichspannungsanschluss) mit dem Akkumulatoranschluss, insbesondere direkt, d.h. ohne spannungswandelnde oder stromrichtende Elemente) . Der sich ergebende Spannungswandler ist insbesondere ein Aufwärtswandler (oder ein Synchronwandler) . Dadurch kann etwa eine Ladespannung von 400 V (am Gleichspannungsanschluss) zur Ladung eines Akkumulators am Akkumulatoranschluss verwendet werden, der eine Nennspannung von 800 V aufweist. Insbesondere kann dadurch die Spannung am Gleichspannungsanschluss angepasst werden an die Ist-Spannung am Akkumulatoranschluss, die sich mit dem Ladezustand des Akkumulators ändern kann. Der Gleichspannungswandler dient als Ladeschaltung und ist insbesondere in der Lage, einen Ladealgorithmus auszuführen. In der Gleichspannungskonfiguration gruppieren erste Konfigurationsverbindungen die Halbbrücken (über Verbindungen zwischen den Serieninduktivitäten). Die ersten Konfigurationsverbindungen verbinden ferner die gruppierten Halbbrücken mit dem Gleichspannungsanschluss . Die ersten Konfigurationsverbindungen stellen ferner entsprechende Verbindungen zu dem Akkumulatoranschluss her.
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In einer (ersten) Wechselstromkonfiguration kann die Ladevorrichtung eine Gleichrichtergruppe oder mehrere Gleichrichtergruppen aufweisen. Hierbei sind die Halbbrücken gruppiert und bilden ein oder mehrere Gleichrichtergruppen. Jede der ein oder mehreren Gleichrichtergruppen kann ein- oder mehrphasig sein. Bei mehreren Gleichrichtergruppen, insbesondere bei einer Anzahl von zwei, können diese (zusammen mit den Serieninduktivitäten) einen aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter realisieren. Bei einem ein- oder mehrphasigen, durch die zweiten Konfigurationsverbindungen gebildeten Gleichrichter kann an dem Wechselspannungsanschluss ein ein- oder mehrphasiger Versorgungsstrom angelegt werden, insbesondere eines einphasigen Netzes oder eines symmetrischen Drehstromnetzes. Neben dem Gleichrichter kann durch die zweiten Konfigurationsverbindungen ein Gleichspannungswandler (zusammen mit den Serieninduktiväten) gebildet werden, der dem Gleichrichter nachgeschaltet ist. In einer Wechselspannungskonfiguration kann die Ladevorrichtung in eine (mehrphasige, insbesondere dreiphasige oder auch einphasige) Gleichrichtergruppe sowie in eine Spannungswandlergruppe gruppiert sein.
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Die Gleichrichtergruppe und die Spannungswandlergruppe sind über die Parallelschaltung, welche die Halbbrücken verbindet, miteinander verbunden. Die Spannungswandlergruppe ist über die (zugeordneten) Serieninduktivitäten mit einem Pol eines Akkumulators verbunden, der an diesem Pol (etwa +) von der Parallelschaltung getrennt ist und über die Induktivitäten mit diesem verbunden ist, jedoch über den anderen Pol (etwa -) mit der Parallelschaltung verbunden ist. Diese Verbindung wird vorzugsweise ebenso über die betreffenden Konfigurationsverbindungen hergestellt. Die Spannungswandlergruppe bildet zusammen mit den Serieninduktivitäten insbesondere einen Abwärtswandler. Diese (zweite) Konfiguration ist zum Anschluss an dreiphasiges Drehstromnetz geeignet, etwa ein symmetrisches Drehstromnetz, wie es etwa in Europa verwendet wird, etwa gemäß DIN VDE 0100.
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Es besteht eine weitere (zweite) Wechselspannungskonfiguration mit mehreren Gleichrichtergruppen. Bestehen zwei Gleichrichtergruppen, kann eine H-Brückenstruktur erzeugt werden, wobei jeder der beiden Längszweige dieser Struktur von einer der beiden Gruppen gebildet wird. Mit den Serieninduktivitäten kann sich ein aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter ergeben. Dieses Filter umfasst die Funktionen Gleichrichten und Spannungswandeln, insbesondere Hochsetzstellen. Die zweiten Konfigurationsverbindungen verbinden ferner die gruppierten Halbbrücken mit dem Wechselspannungsanschluss. Die zweiten Konfigurationsverbindungen stellen ferner entsprechende Verbindungen zu dem Akkumulatoranschluss her.
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Die Ladevorrichtung kann mehrere Gleichrichtergruppen aufweisen, die zusammen mit den (den Halbbrücken nachgeschalteten) Induktivitäten eine (ein- oder mehrphasige) H-Brücken-Konfiguration bilden. Es ergibt sich ein aktiver Leistungfaktorkorrekturfilter, insbesondere in der Form eines Vienna-Gleichrichters. Der Leistungskorrekturfilter hat insbesondere die Funktion des Gleichrichtens und des Aufwärtswandelns.
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Ein Akkumulator bzw. ein Akkumulatoranschluss ist parallel zu der Parallelschaltung angeschlossen, welche die Halbbrücken miteinander verbindet. Diese Wechselspannungskonfiguration (bei der mehrere Gleichrichtergruppen gebildet werden, die zusammen mit den Induktivitäten einen aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter bilden) ist zum Anschluss an zwei Phasen geeignet, etwa zwei Phasen eines Einphasen-Dreileiternetzes, bei dem die beiden Phasen an den Enden (und insbesondere nicht an einer Zwischenanzapfung) eines Transformators (oder einer Stromquelle) vorgesehen sind, wie es etwa in den USA der Fall ist, etwa gemäß NFPA 70.
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Wird ein Akkumulator mit einer Nennspannung von ca. 800 V verwendet, so kann über die verschiedenen Wechselspannungskonfigurationen dieselben Halbbrücken zum Anschluss an ein US-Wechselstromnetz und an ein europäisches Wechselstromnetz verwendet werden. Zudem kann in einer Gleichspannungskonfiguration die Ladevorrichtung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden, wobei über den durch Gruppieren realisierten Gleichspannungswandler die Spannung der Gleichspannungsquelle an die Spannung des Akkumulators angepasst werden kann.
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Es wird daher eine konfigurierbare Ladevorrichtung beschrieben, die über eine Vielzahl von steuerbaren Halbbrücken verfügt. Jede Halbbrücke umfasst zwei steuerbare Schalter, die seriell (über einen Verbindungspunkt) miteinander verbunden sind. Jeder Verbindungspunkt kann als Anzapfung betrachtet werden. Die Anzapfungen bzw. Verbindungspunkte bilden die Anzapfungsseite der Halbbrücken. Die Halbbrücken sind mittels einer Parallelschaltung miteinander verbunden. Jede Halbbrücke umfasst zwei äußere Enden, die über die Serienschaltung der beiden Schalter miteinander verbunden sind. Jede Serienschaltung weist ein erstes und ein zweites Ende auf; die Parallelschaltung verbindet die ersten Enden untereinander und verbindet die zweiten Enden untereinander.
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Es ergeben sich zwei Stromschienen (zwischen denen die Serienschaltungen bzw. Halbbrücken vorgesehen sind). Diese Stromschienen können auch als Gleichstrom-Stromschienen betrachtet werden, die verschiedene Gleichspannungspotentiale aufweisen. Die Parallelschaltung verbindet die steuerbaren Halbbrücken, insbesondere wie erwähnt unter Ausbildung von zwei Stromschienen. Die Stromschienen bzw. die Parallelschaltung ist mit einem Akkumulatoranschluss verbunden, insbesondere ist eines der beiden Potentiale der Parallelschaltung mit einem Pol des Akkumulatoranschlusses verbunden, während das andere Potential der Parallelschaltung mit dem anderen Pol des Akkumulatoranschlusses verbunden ist. Somit ist der zweipolige Akkumulatoranschluss parallel zur Parallelschaltung angeschlossen, welche die steuerbaren Halbbrücken verbindet. Es ergibt sich eine BnC-Brücke, wobei n der doppelten Anzahl der Halbbrücken entspricht.
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Die Ladevorrichtung weist Serieninduktivitäten auf. Über diese ist die Anzapfungsseite der Halbbrücken mit einer Netzschnittstelle der Ladevorrichtung verbunden. Mit anderen Worten sind die Serieninduktivitäten jeweils seriell mit einem Verbindungspunkt der beiden Schalter jeder Halbbrücke verbunden.
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Die Serieninduktivitäten sind vorzugsweise zumindest brückenweise gleich groß. Jeder Halbbrücke ist eine Serieninduktivität zugeordnet und (über den Verbindungspunkt) der Halbbrücke mit dieser (einseitig) verbunden. Die Serieninduktivitäten führen jeweils zu der Wechselstromschnittstelle der Ladevorrichtung bzw. zu Konfigurationsverbindungen. Über die Serieninduktivitäten sind die Halbbrücken individuell mit der Wechselstromschnittstelle der Ladevorrichtung verbunden (gemäß Konfiguration bzw. über Konfigurationsverbindungen). Zwischen der Netzschnittstelle und den Serieninduktivitäten sind die (veränderlichen oder auswählbaren) Konfigurationsverbindungen und/oder Gleich- oder Wechselspannungsanschlüsse angeschlossen. Durch die Belegung der Netzschnittstelle bzw. über die Verbindung zwischen der Netzschnittstelle und den Serieninduktivitäten ergibt sich eine von mehreren Konfigurationen. Auf diese Weise kann durch die Belegung an der Netzschnittstelle und durch die betreffenden Konfigurationsverbindungen zu den Serieninduktivitäten bzw. zu den Halbbrücken die gewünschte Konfiguration gewählt bzw. eingestellt werden. Bei unterschiedlichen Konfigurationen bestehen an der Netzschnittstelle bzw. zwischen der Netzschnittstelle und den Halbbrücken unterschiedliche Konfigurationsverbindungen. Während die Halbbrücken und die angeschlossenen Serieninduktivitäten bei unterschiedlichen Konfigurationen die gleichen sind, ergeben sich unterschiedliche Konfigurationsverbindungen bei unterschiedlichen Konfigurationen an den Serieninduktivitäten bzw. zwischen diesen und der Netzschnittstelle.
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Besteht als Anschluss der Serieninduktivitäten beispielsweise eine Pingruppe, Kontaktflächengruppe oder Steckelement, so kann auf einfache Weise die Konfiguration hergestellt werden. Insbesondere kann die Konfiguration hergestellt werden, indem die gewünschten Konfigurationsverbindungen gemäß der gewünschten Konfiguration durch Auflöten, Kontaktieren oder Aufstecken von betreffenden Verbindungselementen definiert werden. Die Serieninduktivitäten bzw. deren Anschluss sindbzw. ist daher ausgebildet, mit unterschiedlichen Konfigurationsverbindungen verbunden zu werden, das heißt bei unterschiedlichen Konfigurationen unterschiedlich belegt zu werden (mittels der Konfigurationsverbindungen). Der Anschluss der Serieninduktivitäten wird insbesondere von Kontakten gebildet, die von außen zugreifbar sind, sodass eine Montage oder eine anderweitige Art der Belegung einfach vorgesehen werden kann. An einen Teil der Serieninduktivitäten oder an alle Serieninduktivitäten können ein oder mehrere steuerbarer Schalter angeschlossen sein, um so die Konfiguration per Ansteuerung, d.h. mittels eines Steuersignals einzustellen. Ein Teil der Konfigurationsverbindungen oder alle Konfigurationsverbindungen können daher etwa als Halbleiterschalter oder als elektromechanischer Schalter (etwa als Relais) ausgebildet sein oder derartiges umfassen. Insbesondere die Verbindungen zwischen Akkumulatoranschluss und Serieninduktivitäten, d.h. Batterieverbindungen, können als steuerbarer Schalter ausgebildet sein, während die weiteren Konfigurationsverbindungen (d.h. Verbindungen zwischen Serieninduktivitäten und Netzschnittstelle) steuerbare Schalter ausweisen oder als Verbindungen, die bei oder nach der Herstellung, Bestückung und/oder Montage entstehen (insbesondere als Verbindungen, die dauerhaft hergestellt sind, d.h. nicht per Signal steuerbar sind) ausgebildet sind.
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In einer (ersten) Gleichspannungskonfiguration weist die Ladevorrichtung erste Konfigurationsverbindungen auf. Diese gruppieren die Halbbrücken in ein oder mehrere Spannungswandlergruppen. Jede Spannungswandlergruppe ist individuell mit der Netzschnittstelle verbunden (und hat dort auch einen individuellen, zugeordneten Kontakt). Jede Halbbrücke einer Spannungswandlergruppe ist parallel zu jeder anderen Halbbrücke der gleichen Spannungswandlergruppe verbunden. Insbesondere sind die Anzapfungsseiten der Halbbrücken unterschiedlicher Spannungswandlergruppen individuell. Die Anzapfungsseiten der Halbbrücken der gleichen Spannungswandlergruppe sind untereinander verbunden („parallel geschaltet“). Unterschiedliche Spannungswandlergruppen können unterschiedlichen Spannungsquellen zugeordnet sein. Die Ladevorrichtung weist in der Gleichspannungskonfiguration einen Gleichspannungsanschluss auf, insbesondere mit zwei Gleichspannungskontakten oder mehr. Der Gleichspannungsanschluss ist über die ersten Konfigurationsverbindungen mit der Anzapfungsseite der Halbbrücken verbunden ist.
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Die Konfigurationsverbindungen verbinden die Serieninduktivitäten gemäß Konfiguration untereinander, insbesondere an einem Ende der Induktivitäten, das entfernt zu den Halbbrücken angeordnet ist (d.h. an der Anzapfungsseite) . Während sich somit auf einer Seite der Serieninduktivitäten die Halbbrücken befinden, befinden sich auf der anderen Seite (der Anzapfungsseite) der Serieninduktivitäten die gewünschten Konfigurationsverbindungen.
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Die hier erwähnte Gruppierung in ein- oder mehrere Gruppen ergibt sich durch die Konfigurationsverbindungen, die zwischen den Serieninduktivitäten (gemäß Konfiguration) bestehen. Die Gruppierung findet somit dadurch statt, dass die betreffenden Halbbrücken über die Serieninduktivitäten miteinander verbunden werden, oder nicht, und findet ferner dadurch statt, welche Halbbrücken auf welche Weise mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden sind.
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In der Wechselstromkonfiguration verbinden zweite Konfigurationsverbindungen die Halbbrücken in mindestens eine Gleichrichterbrücke, beispielsweise in eine Gleichrichtergruppe, in mehrere Gleichrichtergruppen, die unterschiedlichen Phasen (des Wechselstromanschlusses) zugeordnet sind (entsprechend einer ersten Wechselstromkonfiguration), oder in zwei Gleichrichtergruppen einer H-Brücke eines aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilters (entsprechend einer zweiten Wechselstromkonfiguration). Die zweiten Konfigurationsverbindungen verbinden mindestens eine erste Gruppe von Serieninduktivitäten untereinander, insbesondere an der Wechselstromschnittstelle. Durch die Verbindung wird die Gruppierung erzeugt; die Konfigurationsverbindungen stellen ferner Verbindungen zum Wechselstromanschluss und/oder zur Akkumulatoranschluss her. Die mindestens eine Gleichrichtergruppe ist mit dem Wechselstromanschluss verbunden.
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Bei mehreren Gruppen von Serieninduktivitäten, die jeweils von den zweiten Konfigurationsverbindungen untereinander verbunden werden, sind die Gruppen jeweils mit einem einzelnen Kontakt (d.h. einer einzelnen Phase) des Wechselstromanschlusses verbunden. Es können sich daher bei mehreren ersten Gruppen von untereinander verbundenen Serieninduktivitäten mehrere Phasen ergeben, die mit den jeweiligen Phasen des zweiten Wechselstromanschlusses verbunden sind. Über die Serieninduktivitäten verbinden diese zweiten Konfigurationsverbindungen die Halbbrücken untereinander, insbesondere gruppenweise. Es werden hierdurch Verbindungspunkte (der Anzapfungsseite) zwischen zwei Schaltern der Halbbrücken über die betreffenden Serieninduktivitäten und die zugehörigen zweiten Konfigurationsverbindungen miteinander verbunden. Insbesondere bei drei ersten Gruppen von Serieninduktivitäten, die gruppenweise untereinander verbunden sind, ergeben sich mehrere Phasen.
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Insbesondere kann die Gruppierung (insbesondere in der ersten Wechselstromkonfiguration) in drei erste Phasen ausgeführt werden. Der Wechselstromanschluss ist hierbei ein mehrphasiger Anschluss, beispielsweise ein Drehstromanschluss. Die erste Gruppe oder mehreren ersten Gruppen betreffen in einer Ausführungsform nur einen Teil der Serieninduktivitäten und somit nur einen Teil der Halbbrücken. Die betreffenden zweiten Konfigurationsverbindungen verbinden die mindestens eine erste Gruppe an der Wechselstromschnittstelle untereinander. Eine zweite Gruppe von Serieninduktivitäten wird in dieser Ausführungsform von den zweiten Konfigurationsverbindungen untereinander und mit dem Akkumulatoranschluss verbunden. Die zweite Gruppe bildet hierbei die Spannungswandlergruppe während die erste Gruppe die (ein- oder mehrphasige) Gleichrichtergruppe bildet. Wie erwähnt sind die Gruppen der Halbbrücken über die Parallelschaltung miteinander verbunden. Die Serieninduktivitäten der zweiten Gruppe sind untereinander verbunden und insbesondere mit einem Pol des Akkumulatoranschlusses, beispielsweise den Pluspol. Die betreffenden Serieninduktivitäten sind hierbei (d.h. in der ersten Wechselstromkonfiguration) nicht direkt mit der Parallelschaltung verbunden, so dass die zweite Gruppe eine Leistung direkt über den betreffenden Pol des Akkumulators in diesen einspeisen kann, nachdem in der zweiten Gruppe von Halbbrücken eine Spannungswandlung durchgeführt wurde (zusammen mit den betreffenden Serieninduktivitäten).
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In der ersten Wechselstromkonfiguration umfassen die zweiten Konfigurationsverbindungen eine Batterieverbindung, über die die zweite Gruppe von Serieninduktivitäten mit dem Akkumulatoranschluss verbunden ist, insbesondere mit einem Pol des Akkumulatoranschlusses. Die Batterieverbindung der ersten Konfigurationsverbindungen und die Batterieverbindung der zweiten Konfigurationsverbindungen bestehen wechselseitig; in der ersten Konfiguration besteht nur die Batterieverbindung der ersten Konfigurationsverbindung und in der zweiten Konfiguration besteht nur die Batterieverbindung der zweiten Konfigurationsverbindungen.
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Insbesondere in der zweiten Wechselstromkonfiguration sind die mehreren Gleichrichtergruppen jeweils unterschiedlichen Phasen zugeordnet, etwa einer ersten und einer zweiten Phase eines Einphasen-Dreileiternetzes. Alternativ können die Gleichrichtergruppen unterschiedlichen Phasen eines mehrphasigen Drehstromnetzes zugeordnet sein, wie es etwa in der ersten Wechselstromkonfiguration der Fall ist. Auch ist es möglich, dass die Gleichrichtergruppen einen Neutralleiter einerseits und ein oder mehreren Phasenleitern andererseits zugeordnet sind.
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Insbesondere in der zweiten Wechselstromkonfiguration bilden die Serieninduktivitäten zusammen mit den Gleichrichtergruppen einen aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter. Bei diesem sind die Gleichrichtergruppen beispielsweise in H-Form zueinander gruppiert; es kann sich beispielsweise ein Vienna-Gleichrichter ergeben. Die Serieninduktivitäten bilden hierbei Energiespeicher und dienen insbesondere in Kombination mit den Halbbrücken zum Hochsetzstellen der betreffenden Gleichrichterspannung.
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In dieser zweiten Wechselstromkonfiguration weist die Ladevorrichtung einen ersten Wechselstromanschluss auf. Dieser ist mit den ersten Konfigurationsverbindungen und insbesondere mit den Serieninduktivitäten verbunden. Der Wechselstromanschluss kann mehrere Kontakte aufweisen, wobei jeder Kontakt über betreffende Serieninduktivitäten zu einer der mehreren Gleichrichtergruppen führt. Die Zuordnung ist individuell und disjunkt. Der erste Wechselstromanschluss ist über die ersten Konfigurationsverbindungen mit der Wechselstromschnittstelle (und somit mit den Serieninduktivitäten) verbunden. Vorzugsweise sind alle Halbbrücken mit einer der Gleichrichtergruppen verbunden. Bestehen beispielsweise zwei Gleichrichtergruppen, so ist auch der erste Wechselstromanschluss vorzugsweise zweiphasig bzw. zweipolig. Die Gleichrichtergruppen, die von den ersten Konfigurationsverbindungen gruppiert werden, weisen eine gleich große Anzahl an Halbbrücken auf.
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In der ersten Wechselstromkonfiguration weist die Ladevorrichtung Konfigurationsverbindungen auf, die sich von den Konfigurationsverbindungen der zweiten Wechselstromkonfiguration unterscheiden. Durch die Konfigurationsverbindungen der ersten Wechselstromkonfiguration wird die Halbbrücke in mindestens eine Gleichrichtergruppe und in mindestens eine Spannungswandlergruppe unterteilt. Die Serieninduktivitäten, die zu Halbbrücken der gleichen Gleichrichtergruppe führen, sind von den zweiten Konfigurationsverbindungen miteinander verbunden. Bei mehreren Gleichrichtergruppen sind die Induktivitäten, die zur gleichen Gleichrichtergruppe führen, miteinander verbunden, jedoch sind Induktivitäten, die zu verschiedenen Gleichrichtergruppen führen, nicht miteinander verbunden. Die Halbbrücken, die der mindestens einen Spannungswandlergruppe zugeordnet sind, bilden zusammen mit dem zugehörigen Serieninduktivitäten einen Spannungswandler, während die mindestens eine Gleichrichtergruppe einen Gleichrichter bildet. Zusammen ergibt sich ein gleichrichtender Spannungswandler bzw. ein Gleichrichter mit daran (seriell) angeschlossenem Gleichspannungswandler.
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In der ersten Wechselstromkonfiguration sind alle der zweiten Konfigurationsverbindungen mit dem ersten Wechselstromanschluss verbunden. In der zweiten Konfiguration ist mindestens ein Kontakt des zweiten Wechselstromanschlusses über die zweiten Konfigurationsverbindungen mit den Halbleitern verbunden, wobei eine Verbindung, welche die Spannungswandlergruppe gruppiert, nicht mit einem Wechselstromanschluss verbunden ist, sondern mit Batterieanschlusspol bzw. einem Batteriepol. Die zweiten Konfigurationsverbindungen der ersten Wechselstromkonfiguration unterscheiden sich von den zweiten Konfigurationsverbindungen der zweiten Wechselstromkonfiguration.
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In der ersten Wechselstromkonfiguration ist somit nur ein Teil der zu den Halbbrücken führenden Serieninduktivitäten mit dem betreffenden Wechselstromanschluss verbunden, während ein weiterer Teil der zu weiteren Halbleiterbrücken führenden Serieninduktivitäten mit einem Akkumulatoranschluss bzw. mit einem Pol hiervon verbunden ist.
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Durch die weitere Konfiguration können dadurch die Halbbrücken zu unterschiedlichen Funktionen verwendet werden. Insbesondere in der ersten Wechselspannungskonfiguration zwei unterschiedliche Gruppen gebildet werden, die über die Parallelschaltung miteinander verbunden sind. In der zweiten Wechselspannungskonfiguration und in der Gleichspannungskonfiguration sowie ggf. in weiteren Konfigurationen können die Halbbrücken zur Realisierung nur einer Funktion (Leistungsfaktorkorrekturfilter oder Gleichspannungswandler) ausgebildet sein.
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In der zweiten Wechselspannungskonfiguration verbinden die zweiten Konfigurationsverbindungen eine Gruppe von Serieninduktivitäten untereinander (an der Seite der Wechselstromschnittstelle) sowie mit einem ersten Kontakt des ersten Wechselstromanschlusses. Eine zweite Gruppe von Serieninduktivitäten wird von den ersten Konfigurationsverbindungen untereinander sowie mit einem zweiten Kontakt des ersten Wechselstromanschluss verbunden. Die erste und die zweite Gruppe sind zueinander disjunkt, d. h. es gibt keine Serieninduktivität, die zu beiden Gruppen gehört. Vorzugsweise sind alle Halbbrücken gruppiert. Zudem sind insbesondere die Gruppen gleich groß, d. h. umfassen die gleiche Anzahl an Halbbrücken. Die Serieninduktivitäten führen zu Verbindungspunkten der Halbbrücken, d. h. zu Verbindungspunkten zwischen zwei seriellen Schaltern.
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Die Schalter der Halbbrücken sind vorzugsweise Halbleiterschalter, insbesondere Transistoren, wie IGBTs oder MOSFETs. Serieninduktivitäten der jeweiligen Gruppen werden untereinander mittels der Konfigurationsverbindungen gemäß Konfiguration verbunden. Da die Serieninduktivitäten zu den Halbbrücken führen, werden dadurch auch die Halbbrücken gruppiert. Die Halbbrücken sind somit dadurch gruppiert, dass diese über die Serieninduktivitäten zu den jeweiligen Konfigurationsverbindungen führen, die die betreffenden Halbbrücken (über die Serieninduktivitäten) gemäß Konfiguration verbinden. Eine Konfigurationsverbindung verbindet insbesondere alle Induktivitäten, die zu der gleichen Halbleiterbrückengruppe führen. Wie erwähnt kann eine Gruppe von den betreffenden Konfigurationsverbindungen mit einem Pol eines Akkumulators, mit einem Akkumulatoranschluss bzw. einem Kontakt eines Akkumulatoranschlusses oder mit einem Wechselstromanschluss bzw. einem Kontakt des Wechselstromanschlusses verbunden sein. Die Gruppen der Halbleiterbrücken sind individuell. Insbesondere verbindet keine Konfigurationsverbindung Halbbrücken unterschiedlicher Gruppen miteinander bzw. Serieninduktivitäten, die zu Halbbrücken unterschiedlicher Gruppen führen.
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In der zweiten Wechselspannungskonfiguration können die zweiten Konfigurationsverbindungen eine Batterieverbindung umfassen. Über diese Batterieverbindung ist die Parallelschaltung der Halbbrücken parallel zum Akkumulatoranschluss angeschlossen. Hierbei verbindet die Batterieverbindung in serieller Weise den Akkumulatoranschluss mit bzw. ein Potential hiervon mit einer Seite der Parallelschaltung. Die beiden Pole des Akkumulatoranschlusses sind somit parallel zur Parallelschaltung der Halbbrücken angeschlossen. Die Batterieverbindung der Konfigurationsverbindungen in der ersten Wechselspannungskonfiguration ist in den Konfigurationsverbindungen der zweiten Wechselspannungskonfiguration nicht vorgesehen, und umgekehrt. Die beiden Potentiale, die sich durch die Parallelschaltung der Halbbrücken ergeben, entsprechen einer Gleichspannungsseite, an die der Akkumulatoranschluss angeschlossen ist, insbesondere beide Potentiale des Akkumulatoranschlusses. Dadurch kann die von den Halbbrücken erzeugte Gleichspannung (ausgehend von dem ersten Wechselstromanschluss) direkt und in paralleler Weise an den Akkumulator übertragen werden. Wie Batterieverbindung der ersten Konfigurationsverbindungen ist in der zweiten Konfiguration nicht vorgesehen und ist insbesondere offen.
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Vorzugsweise gruppieren die Konfigurationsverbindungen in der zweiten Wechselspannungskonfiguration die Halbbrücken in zwei Gleichrichtergruppen, in drei Gleichrichtergruppen oder in eine gerade Anzahl von Gleichrichtergruppen. Diese sind jeweils mit einem eigenen Phasenanschluss des ersten Wechselstromanschlusses verbunden. Bei zwei Gleichrichtergruppen kann dadurch ein zweiphasiger erster Wechselstromanschluss verwendet werden, wie es etwa bei einem Einphasen-Dreileiternetz der Fall ist, wie es in den USA vorkommt.
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In der ersten Wechselspannungskonfiguration können die Halbbrücken von den zweiten Konfigurationsverbindungen mehrere Gleichrichtergruppen und in eine Spannungswandlergruppe unterteilt werden. Diese sind über die Parallelschaltung miteinander verbunden. Die zweiten Konfigurationsverbindungen können die Halbbrücken in drei Gleichrichtergruppen aufteilen, um so eine dreiphasige Gruppierung für die Gleichrichtergruppen zu schaffen. Eine (einzige) Spannungswandlergruppe kann genügen, um so die von den Gleichrichtergruppen über die Parallelschaltung übertragene Leistung einer Spannungswandlung zu unterwerfen, insbesondere einer Aufwärtsspannungswandlung.
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In der zweiten Wechselspannungskonfiguration kann sich insbesondere eine B2C-Konfiguration der Halbleiterbrücken ergeben, wobei mehrere Halbleiterbrücken parallel geschaltet sind, und über die jeweiligen Konfigurationsverbindungen miteinander verbunden sind. Dadurch können die Halbleiterbrücken in zwei verschiedene Gruppen aufgeteilt werden, die gruppenweise gleich angesteuert und parallel miteinander verbunden sind, beispielsweise eine erste Gruppe von fünf Halbbrücken und eine zweite Gruppe von ebenso fünf Halbbrücken die gemäß der ersten Konfiguration verbunden sind. In der zweiten Wechselspannungskonfiguration kann jede Gruppe jedoch auch unterteilt sein in Untergruppen, wobei jeder Untergruppe ein eigener Kontakt des Wechselstromanschlusses zugeordnet wird. Dadurch können mehrere zweiphasige Versorgungsnetzabschnitte an die Ladevorrichtung angeschlossen werden. Insbesondere können durch die zweiten Konfigurationsverbindungen auch die Halbbrücken nicht miteinander verbunden sein, sondern individuell mit einem entsprechenden Kontakt des Wechselstromanschlusses verbunden sein.
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Im Rahmen der ersten Wechselspannungskonfiguration können drei Gleichrichtergruppen vorliegen. Jede Gruppe kann hiervon ein oder mehrere Halbbrücken umfassen, die miteinander verbunden sind. Beispielsweise können drei Gleichrichtergruppen vorgesehen sein, um so einen dreiphasigen zweiten Wechselstromanschluss zu ermöglichen. Jede Gleichrichtergruppe kann ein, zwei oder mehr als zwei Halbbrücken umfassen, die miteinander verbunden sind. Beispielsweise können sechs Halbleiterbrücken vorgesehen sein, die in drei Gleichrichtergruppen unterteilt sind. Es ergibt sich eine B6C-Konfiguration. Die Gleichrichtergruppen umfassen vorzugsweise nur einen Teil und nicht alle Halbbbrücken. Die verbleibenden Halbbrücken oder ein Anteil hiervon können der Spannungswandlergruppe zugeordnet sein bzw. diese (zusammen mit den betreffenden Induktivitäten) ausbilden. Die Spannungswandlergruppe kann insbesondere zwei oder vorzugsweise vier Halbbrücken umfassen. Wenn beispielsweise zehn Halbleiterbrücken vorliegen, können in der ersten Wechselspannungskonfiguration drei Gleichrichtergruppen mit zwei Halbbrücken bestehen, und die Spannungswandlergruppe kann vier Halbbrücken umfassen. In der zweiten Wechselspannungskonfiguration können bei zehn Halbleiterbrücken zwei Gleichrichtergruppen vorgesehen sein, die jeweils fünf Halbbrücken umfassen.
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Die Ladevorrichtung kann ferner in einer Direktladungskonfiguration dritte Konfigurationsverbindungen aufweisen. Diese verbinden einen Direktlade-Gleichspannungsanschluss parallel mit dem Akkumulatoranschluss. Die dritten Konfigurationsverbindungen verbinden nicht die Serieninduktivätiten oder die Halbbrücken untereinander, sondern bilden eine Verbindung zwischen dem Direktlade-Gleichspannungsanschluss und dem Akkumulatoranschluss, der die Halbbrücken (und die Induktivitäten) umgeht. Dadurch kann zwischen dem Direktlade-Gleichspannungsanschluss und dem Akkumulatoranschluss bzw. dem Akkumulator direkt Leistung übertragen werden (d.h. ohne Spannungswandeln oder Stromrichten), etwa zum Laden oder zum Rückspeisen. Beispielsweise kann so die gleichgerichtete Spannung eines dreiphasigen Drehstromnetzes mit einer Nennwechselspannung von 230 V an den Akkumulator angelegt werden.
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Die Ladevorrichtung kann in einer Lastversorgungskonfiguration Last-Konfigurationsverbindungen aufweisen. Diese gruppieren die Halbbrücken in mindestens eine Spannungswandlergruppe. Insbesondere gruppieren die Last-Konfigurationsverbindungen nur einen Teil der Halbbrücken in eine Spannungswandlergruppe. Ferner verbinden die Last-Konfigurationsverbindungen die mindestens eine Spannungswandlergruppe mit einem Lastanschluss verbinden. Es können mehrere Lastanschlüsse vorgesehen sein, die mit jeweils einer (individuellen) Spannungswandlergruppe verbunden sind; die Last-Konfigurationsverbindungen gruppieren die Halbbrücken hierbei in mehrere Spannungswandlergruppen. Die Spannungswandlergruppe ist eingerichtet, als Spannungswandler bzw. als Leistungsstellglied betrieben zu werden, beispielsweise als Stellglied in Form einer Pulsweitenmodulationsschaltung. Die Last-Konfigurationsverbindungen sehen eine parallele Verbindung zwischen dem Akkumulatoranschluss und der Parallelschaltung der Halbbrücken vor.
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Es können ein oder mehrere Lasten (mit einer anderen Betriebsspannung als die Spannung des Akkumulators) über die mindestens eine Spannungswandlergruppe betrieben werden. Die Spannungswandlergruppe bildet insbesondere einen Abwärtswandler; die an die betreffend gruppierten Halbbrücken angeschlossenen Serieninduktivitäten bilden den Energiespeicher (d.h. die Speicherdrossel) des Spannungswandlers. Eine Spannungswandlergruppe kann eine Halbbrücke, nur einen Teil aller Halbbrücken (mit parallel geschalteten Anzapfungseiten) oder alle Halbbrücken (mit parallel geschalteten Anzapfungseiten) umfassen. Insbesondere ist die mindestens eine Spannungswandlergruppe auch für einen Leistungsfluss zum Akkumulatoranschluss hin ausgebildet.
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Am Lastanschluss kann ferner ein Kondensator angeschlossen sein. In der Lastversorgungskonfiguration wird dieser geladen (und arbeitet daher als Last), sowie wieder entladen, um einen Spannungsrippel kompensieren zu können. Hierbei kann die Lastversorgungskonfiguration und eine der Wechselspannungskonfigurationen gleichzeitig vorgesehen sein, auch wenn ansonsten unterschiedlichen Konfigurationen sich gegenseitig vorzugsweise ausschließen. Die Lastversorgungskonfiguration kann mit mindestens eine Lastkonfigurationsverbindung vorgesehen werden und die betreffende Wechselstromkonfiguration kann mit mindestens einer betreffenden Wechselstrom-Konfigurationsverbindung vorgesehen werden. Die Lastkonfigurationsverbindung und die Wechselstrom-Konfigurationsverbindung sind mit unterschiedlichen Halbbrücken verbunden, so dass unterschiedliche Halbbrücken auch unterschiedlichen Konfigurationen (gleichzeitig) zugeordnet sind. Die Lastversorgungskonfiguration in Kombination mit dem Kondensator am Lastanschluss ermöglicht eine Kompensation der Restwelligkeit, die durch die Wechselstromkonfiguration am Akkumulatoranschluss auftritt. Die mit dem Lastanschluss verbundene mindestens eine Halbbrücke dient zur Darstellung eines Gleichspannungswandlers oder Pulsmodulations-Stellglieds zur Kompensation (zusammen mit dem Kondensator) des Spannungsrippels, das verbleibende Halbbrücken, die in einer der Wechselstromkonfigurationen geschaltet sind, am Akkumulatoranschluss erzeugen. Die mindestens eine Halbbrücke, die mit dem Lastanschluss verbunden ist, wird gemäß des Spannungsverlaufs an dem Akkumulatoranschluss angesteuert, wobei die mit dem Lastanschluss verbundene Halbbrücke umso mehr Strom führt, geringer die (ansteigende) Amplitude ist.
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Die Wechselspannungskonfiguration(en) und die Gleichspannungskonfiguration schließen sich gegenseitig aus. Es kann vorgesehen sein, dass eine Konfiguration oder alle Konfigurationen die verbleibenden Konfigurationen ausschließen. Somit kann vorgesehen sein, dass bei einer Konfiguration nur die dieser Konfiguration zugehörigen Konfigurationsverbindungen vorgesehen sind, und die Konfigurationsverbunden der anderen Konfigurationen nicht. Dies kann für alle Konfigurationen gelten. In einer Ausführungsform können mehrere Konfigurationen gleichzeitig vorgesehen sein, d.h. zueinander nicht widersprüchliche Konfigurationen sind realisiert, indem deren Konfigurationsverbindungen hergestellt sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass neben der Lastversorgungskonfiguration (gleichzeitig) eine andere Konfiguration vorgesehen ist. Es kann somit vorgesehen sein, dass neben den Last-Konfigurationsverbindungen weitere Konfigurationsverbindungen vorgesehen sind. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Gruppierung der Lastversorgungskonfiguration nicht alle sondern nur einen Teil der Halbbrücken betrifft und die verbleibenden Teilbrücken vollständig oder teilweise gemäß einer anderen Konfiguration gruppiert sind.
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So kann beispielsweise die Lastversorgungskonfiguration gleichzeitig mit der Gleichspannungskonfiguration, der Wechselspannungskonfiguration und/oder der Direktladekonfiguration vorgesehen sein. Die Lastversorgungskonfiguration sieht eine Gruppierung eines Teils der Halbbrücken vor, während sich die Gleichspannungskonfiguration oder die Wechselspannungskonfiguration auf einen Teil oder auf alle der restlichen Halbbrücken bezieht. Die Lastversorgungskonfiguration kann sich auf einen Teil oder auf alle Halbbrücken beziehen, während bei eine gleichzeitige Direktladekonfiguration keine Gruppierung von Halbbrücken vorsieht. Wird die Lastversorgungskonfiguration gleichzeitig mit einer weiteren Konfiguration (Gleichspannungskonfiguration, Wechselspannungskonfiguration oder Direktladekonfiguration) vorgesehen, dann kann gleichzeitig die Last versorgt werden und der Akkumulator geladen werden. Es kann eingestellt werden, welcher Anteil der von außen bezogenen Leistung in den Akkumulator fließt und welcher Anteil in die Last fließt; zudem kann eingestellt werden, welcher Anteil von dem Akkumulator zur Last fließt und welcher Anteil von außen in die Last fließt. Wird die Lastversorgungskonfiguration als einzige Konfiguration vorgesehen, dann wird die Last ausschließlich von dem Akkumulator versorgt.
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In der Lastversorgungskonfiguration kann der Gleichspannungswandler, der von den Verbindungen der Lastversorgungskonfiguration (und den Induktivitäten) gebildet wird, bidirektional ausgebildet sein. Anstelle der Last kann daher eine Leistungsquelle vorgesehen sein; der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, die betreffende Leistung unter Spannungswandlung (etwa Abwärtswandlung) an die Parallelschaltung bzw. an den Akkumulatoranschluss abzugeben. Als Leistungsquelle kann etwa ein Generator vorgesehen sein, etwa ein Startgenerator, der auch als Last betrieben werden kann.
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Ferner kann anstelle der Last bzw. der Leistungsquelle ein Energiespeicher vorgesehen sein, etwa ein Kondensator. Der Kondensator kann als Spannungsrippel-Speicher ausgebildet und betrieben werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Halbbrücke oder die Halbbrücken, die an den Kondensator angeschlossen sind, komplementär zu dem Verlauf des zum Akkumulatoranschluss fließenden Stroms gesteuert ist oder sind. Dies ist insbesondere der Fall, wenn gleichzeitig eine Wechselstromkonfiguration vorgesehen ist, insbesondere eine einphasige Konfiguration des Wechselstromanschlusses.
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Wird beispielsweise die erste Wechselstromkonfiguration (insbesondere einphasig) oder die zweite Wechselstromkonfiguration vorgesehen, gleichzeitig zu einer Lastversorgungskonfiguration mit einem Energiespeicher, der an die mindestens eine (ggf. gruppierten) Halbbrücke angeschlossen ist (insbesondere über die Anzapfungsseite), dann wird von dieser mindestens einen Halbbrücke der Strom zum oder vom Kondensator derart gesteuert, dass ein Spannungsrippel am Akkumulatoranschluss minimiert ist. Der Stromverlauf von oder zum Kondensator ist gegenläufig zu dem Strom, der über den betreffenden Wechselstromanschluss fließt. Ist die erste Wechselstromkonfiguration gleichzeitig zu der Lastversorgungskonfiguration vorgesehen, bei der ein Kondensator als Spannungsrippel-Speicher an den Lastanschluss angeschlossen ist, dann bestehen Konfigurationsverbindungen, die die Halbbrücken zu (i) einem ein-oder mehrphasigen Gleichrichter, (ii) einem diesem nachgeschalteten Gleichspannungswandler und (iii) einem weiteren Gleichspannungswandler gruppieren, der den Lastanschluss mit der Parallelschaltung verbindet. Die Halbbrücken werden somit zu einer Gleichrichtergruppe, einer (nachgeschalteten) Gleichspannungswandlergruppe (zwischen Gleichrichtergruppe und Akkumulatoranschluss) und einer weiteren Gleichspannungswandlergruppe (zwischen Lastanschluss und Akkumulatoranschluss) gruppiert. Die weitere Gleichspannungswandlergruppe ist parallel zu der erstgenannten Gleichspannungswandlergruppe geschaltet. Die beiden Gleichspannungswandlergruppen werden in Hinblick auf den übertragenen Ist-Strom gegenläufig betrieben, so dass Stromrippel der ungeglätten gleichgerichteten Spannung des Gleichrichters durch den Strom zu oder vom Kondensator zumindest teilweise und vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kompensiert werden.
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Ist die zweite Wechselstromkonfiguration gleichzeitig zu der Lastversorgungskonfiguration vorgesehen, bei der ein Kondensator als Spannungsrippel-Speicher an den Lastanschluss angeschlossen ist, dann bestehen Konfigurationsverbindungen, die die Halbbrücken zu (i) einem aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter und (iii) einem weiteren Gleichspannungswandler gruppieren, der den Lastanschluss mit der Parallelschaltung verbindet. Die Halbbrücken werden somit zu zwei Gleichrichtergruppen (in H-Brückenstruktur) und eine Gleichspannungswandlergruppe (zwischen Lastanschluss und Akkumulatoranschluss) gruppiert. Die Gleichspannungswandlergruppe ist parallel zu der Parallelschaltung der Halbbrücken und somit zu der Gleichspannungsseite Gleichrichtergruppen geschaltet. Die Gleichspannungswandlergruppe einerseits und die zwei Gleichspannungswandlergruppen andererseits werden in Hinblick auf den übertragenen Ist-Strom gegenläufig betrieben, so dass Stromrippel der Gleichrichtergruppen durch den Strom zu oder vom Kondensator zumindest teilweise und vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kompensiert werden.
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Zu Ansteuerung dieser Komponenten kann eine Steuerung vorgesehen werden, insbesondere eine wie folgend dargestellt Steuerung.
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Die Ladevorrichtung weist vorzugsweise eine Steuerung auf. Diese ist ansteuernd mit den Halbbrücken verbunden, etwa mit einem Gate- oder Basis-Anschluss der Halbleiterschalter, die die Halbbrücken bilden oder mit einem vorgeschalteten Treiber. Die Steuerung ist in der Gleichspannungskonfiguration eingerichtet, die Halbbrücken der Spannungswandlergruppe als Schalter eines Spannungswandlers anzusteuern. Die Steuerung ist in der Wechselspannungkonfiguration eingerichtet, die Halbbrücken der Gleichrichtergruppe als Schalter eines aktiven Gleichrichters anzusteuern und ggf. die Schalter der Spannungswandlergruppe, die der Gleichrichtergruppe nachgeschaltet ist, als Spannungswandler zu betreiben.
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Insbesondere ist die Steuerung eingerichtet, die genannten Spannungswandlergruppen bzw. die Gleichrichtergruppen bei einer Rückspeisung und bei einem Ladevorgang anzusteuern, d.h. die betreffenden Gruppen bidirektional anzusteuern. Die Steuerung ist hierbei vorzugsweise eingerichtet, die Gleichrichtergruppe auch als Zerhacker bzw. Stromrichter (DC/AC-Stromrichter) bzw. Inverter anzusteuern, etwa zur Rückspeisung eines von dem Akkumulator gelieferten Gleichstroms diesen in Wechselstrom geeignet zur Einspeisung zu wandeln. Die Steuerung kann ferner eingerichtet sein, die Belegung, Stromart oder Ladeart zu bestimmen, etwa durch Erfassen einer Eingabe oder durch Auswerten eines Spannungs- oder Belegungssensors an einem betreffenden Anschluss. Jeder Anschluss kann hierzu einen Spannungs- und/oder Belegungssensor aufweisen, der mit der Steuerung signalübertragend verbunden ist.
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Die Steuerung kann für die Lastkonfiguration ausgelegt sein und eingerichtet sein, die Halbbrücken der Spannungswandlergruppe(n) zum Betrieb als Spannungswandler, insbesondere Abwärtswandler, anzusteuern. Die Steuerung kann einen Konfigurationsmoduseingang aufweisen, an dem die gewünschte Konfiguration zur Umsetzung durch die Steuerung angegeben werden kann. Zudem kann die Steuerung eingerichtet sein, die Halbbrücken zu deaktivieren (d.h. deren Schalter zu öffnen), wenn die Direktladungskonfiguration vorliegt oder eingestellt wird.
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Die Steuerung kann eingerichtet sein, in der Gleichspannungskonfiguration steuerbare Schaltelemente der ersten Konfigurationsverbindungen zur Herstellung der ersten Konfigurationsverbindungen anzusteuern. Die Steuerung kann eingerichtet sein, in der Direktladungskonfiguration steuerbare Schaltelemente der dritten Konfigurationsverbindungen zur Herstellung der dritten Konfigurationsverbindungen anzusteuern.
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Die Steuerung kann eingerichtet sein, in der Lastversorgungskonfiguration mindestens ein steuerbares Schaltelement einer Verbindung zwischen der mindestens einen Spannungswandlergruppe und dem Lastanschluss zur Herstellung dieser Verbindung (Konfigurationsverbindung) anzusteuern.
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Schaltelemente, die in einer Konfiguration nicht zu schließen sind, werden von der Steuerung vorzugsweise in offenem Zustand angesteuert. Die Steuerung ist hierzu eingerichtet.
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Die Steuerung kann mehrteilig ausgeführt sein mit einem ersten Teil, der die Halbbrücken ansteuert, und mit einem zweiten Teil der die Schaltelemente der Verbindungen ansteuert. Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, bei einer Änderung der Konfiguration zunächst mittels des ersten Teils die Halbbrücken zu öffnen und danach mittels des zweiten Teils die Schaltelemente der Verbindungen anzusteuern. Nach dem Ansteuern durch den zweiten Teil kann vorgesehen sein, dass die Steuerung durch den ersten Teil (gemäß der Soll-Konfiguration) gestartet wird, d.h. die Halbbrücken wieder aktiviert werden. Die Steuerung kann über übergeordneten Steuerung untergeordnet sein, etwa einer Antriebsstrangsteuerung oder einer Fahrzeug-Betriebsmodussteuerung.
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Die Ladevorrichtung ist insbesondere eine fahrzeuginterne Ladevorrichtung, insbesondere eines Plug-In-Fahrzeugs. Die Anschlüsse sind vorzugsweise konduktiv. Es ist jedoch auch eine induktive Schnittstelle möglich, die einen der Anschlüsse bildet, wobei der Anschluss der induktiven Schnittstelle, etwa die Leiter eines Resonanzkreises, an die Stelle der Kontakte treten.
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Der Akkumulator ist vorzugsweise ein Traktionsakkumulator, etwa eine Hochvoltakkumulator mit einer Nennspannung von mindestens 200 V oder 400 V oder 800 V, insbesondere mit einer Nennspannung von im Wesentlichen 400 V, 600 V oder 800 V.
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Ferner wird ein Verfahren zum Konfigurieren der hier erwähnten Ladevorrichtung beschrieben. Das Verfahren sieht vor, dass die Ladevorrichtung konfiguriert wird durch Herstellen der ersten Konfigurationsverbindungen oder der zweiten Konfigurationsverbindungen und/oder weiterer Verbindungen, wie sie hier genannt sind. Zudem sieht das Verfahren vor, dass die betreffenden Gruppen gemäß ihrer Bezeichnung betrieben werden, d.h. dass Gleichrichtergruppen als Gleichrichter oder als Schalter eines aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilters betrieben werden und Spannungswandlergruppen als Schalter eines Spannungswandlers betrieben werden. Zudem kann vorgesehen sein, dass Gleichrichtergruppen im Falle des Rückspeisens als Schalter eines Inverters betrieben werden.
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Die 1a zeigt eine beispielhafte, konfigurierbare Ladevorrichtung für zahlreiche der erwähnten Konfigurationen.
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Die 1b zeigt ein Detail eines Elements der 1a.
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Die 1a zeigt eine konfigurierbare Ladevorrichtung, die über Anschlüsse DC, AC1, AC2 an externe Ladequellen angeschlossen werden kann. Die Anschlüsse bilden eine Netzschnittstelle NS, wobei sich rechts der gezeichneten Linie das Fahrzeugbordnetz befindet, in dem die konfigurierbare Ladevorrichtung an einen Akkumulator AK angeschlossen ist. Die Ladevorrichtung umfasst eine Vielzahl von steuerbaren Halbbrücken, die in der 1b mit Bn bezeichnet werden, wobei n eine natürliche Zahl ist. Die Halbbrücken sind in den beispielhaften Gruppen G1 - G4 angeordnet. Die mit G1 - G4 bezeichneten Gruppen betreffen verschiedene Anteile der Halbleiterbrücken, welche nicht nur an einer Gleichrichterseite miteinander verbunden sind, sondern auch an einer Anzapfungsseite. Im einfachsten Fall, wie in der 1b dargestellt, entspricht jeder Gruppe Gn eine Halbbrücke, wie in der 1b durchgezogen dargestellt ist. Jedoch kann eine Gruppe Gn auch zwei (oder mehrere) Halbbrücken umfassen, die parallel geschaltet sind, insbesondere über die Serieninduktivitäten L, und umfassen vorzugsweise nur einen gemeinsamen Anschluss für die Anzapfungsseite AZ.
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Die in der 1b dargestellte, zweite Halbbrücke umfasst Schalter, die synchron mit den Schaltern der anderen Halbbrücke der gleichen Gruppe Gn geschaltet werden. In dem dargestellten Beispiel umfasst jede Gruppe G1 bis G4 zwei parallele Halbbrücken. Diese können ggf. aufgetrennt werden, beispielsweise durch Durchtrennen der gestrichelten Verbindung zwischen den beiden Induktivitäten L und durch einen eigenen Anschluss für jede der beiden Halbbrücken. Beispielsweise kann nur eine oder nur ein Teil aller Gruppen G1 - G4 eine derartige auftrennbare Verbindung zwischen den ansonsten parallel geschalteten Halbbrücken umfassen.
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Die Ladevorrichtung umfasst konfigurierbare Verbindungen auf, die über die Schalter S1 - S4 dargestellt werden. Da die Schalter S1 - S4 die jeweilige Verbindung herstellen, werden diese gedanklich gleichgesetzt mit den konfigurierbaren Verbindungen bzw. mit den Konfigurationsverbindungen. Die Schalter S1 - S4 verbinden auswählbar die Anzapfungsseite der Halbbrücken bzw. der betreffenden Gruppen G1 - G4 mit einzelnen Anschlüssen DC, AC1, AC2 und/oder mit dem Akkumulatoranschluss B+ oder B- oder nur einen Kontakt B+ hiervon. Die verschiedenen Kontaktstellen K1 - K5 der Schalter S1 - S4 entsprechen den einzelnen, zu wählenden Zugängen zu den betreffenden Konfigurationen bzw. Konfigurationsverbindungen. Daher werden die Kontaktstellen K1 - K5 der Schalter S1 - S4 gedanklich gleichgesetzt zu den dadurch entstehenden und gewählten Konfigurationsverbindungen.
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In einer Gleichspannungskonfiguration gruppieren erste Konfigurationsverbindungen K1 die Halbbrücken in mindestens eine Spannungswandlergruppe. Hierbei sind die Schalter S1 - S4 auf die Stellung K1 eingestellt und vergibt sich die dargestellte Verbindung, bei der die Anzapfungsseite der Gruppen G1 - G4 (und somit alle Halbleiterbrücken Bn) mit den Gleichspannungsanschluss DC verbunden sind, insbesondere mit einem Pol dieses Anschlusses, nämlich dem Pluspol DC+. Die Schaltstellung K1 jeder der Schalter S1 - S4 sind miteinander verbunden. Damit ist der Gleichspannungsanschluss DC und insbesondere der positive Anschluss DC+ hiervon über die Schalter S1 - S4 und den nachfolgenden Serieninduktivitäten mit den betreffenden Halbbrücken (mit allen Halbbrücken) verbunden, welche wiederum parallel miteinander verbunden sind und über den Schalter S5 (und dem Schalter BS+) mit dem Batterieanschluss, insbesondere mit einem Kontakt des Batterieanschlusses B+ verbunden sind.
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Der Schalter S5 verbindet den Akkumulatoranschluss B+, B-auswählbar mit der Parallelschaltung der Gleichspannungsseiten der Halbleiterbrücken, siehe Schalterstellung K1, K2, oder verbindet den Akkumulatoranschluss mit einer Anzapfungsseite einer Gruppe G4 von Halbbrücken über den Schalter S4. Das letztere entspricht den Schaltstellungen bzw. den Konfigurationen K3 und K4.
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In der Konfiguration K1, d. h. wenn die Schalter S1 - S5 in der Schaltposition K1 sind, dann bilden die Gruppen G1 - G4 der Halbleiterbrücken zusammen mit den jeweiligen Serieninduktivitäten L einen Aufwärtswandler, der beispielsweise notwendig ist, wenn die Spannung am Gleichspannungsanschluss DC nicht zum Laden des Akkumulators AK ausreicht. In diesem Fall bilden die Halbleitergruppen Gn zusammen mit deren Serieninduktivitäten L einen Aufwärtswandler.
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In den Stellungen K2 - K4 der dargestellten Schalter S1 - S5 ist die Ladevorrichtung in einer Wechselspannungskonfiguration ausgebildet. Es bestehen mehrere Möglichkeiten der Wechselstromkonfiguration. In der Konfiguration K2 sind die Halbleitergruppen G1 und G2 über die Schalter S1 und S2 mit einem ersten Anschluss P1 eines ersten Wechselspannungsanschlusses AC1 verbunden. Ein weiterer Kontakt P2 dieses ersten Wechselspannungsanschlusses ist über den Schalter S4 mit der Gruppe G4 verbunden. Es bestehen somit zwei verschiedene Gruppen an Gleichrichtern, wobei die erste Gleichrichtergruppe von den Halbbrücken der Gruppen G1 und G2 gebildet wird, und die zweite Gleichrichtergruppe von den Halbbrücken der Gruppe G4 gebildet wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass durch einen nicht dargestellten Schalter in der Konfiguration K2 die Halbbrücken der Gruppe G3 parallel zu den Halbbrücken der Gruppe G4 geschaltet sind. Es ergäbe sich eine gleiche Anzahl von Halbleitern für jede Gleichrichtergruppe. Es ergibt sich mit den beiden Gleichrichtergruppen eine H-Brückenschaltung, die zusammen mit den Induktivitäten L als aktiver Leistungsfaktorkorrekturfilter aufgebaut ist, insbesondere als Vienna-Filter. Die beiden Kontakte P1, P2 des ersten Wechselspannungsanschlusses AC1 sind individuell an eine der beiden Gleichrichtergruppen angeschlossen. Dies insbesondere für den Anschluss von zwei Phasen eines Wechselspannungsnetzes, insbesondere von zwei Phasen L1 und L2 eines Ein-Phasen-Dreileiternetzes, wie es dem Stromnetz der USA entspricht. Hierbei wird eine zweiphasige Spannungsquelle ACV1 im Versorgungsnetz angenommen.
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Zweite Wechselspannungskonfigurationen ergeben sich mit den Schalterstellungen K3 und K4 bzw. in den zugehörigen Konfigurationsverbindungen K3 und K4. Mit diesen Konfigurationsverbindungen ist der zweite Wechselspannungsanschluss AC2 an die Halbbrücken angeschlossen, jedoch nicht an alle Halbbrücken, nämlich nur an die Gruppen G1 - G3 der Halbbrücken Bn. Die Konfiguration K3 entspricht einer einphasigen Belegung des zweiten Wechselspannungsanschlusses AC2, bei der ein Neutralleiter N und eine Phase L1 an die Gruppen G1 - G3 angeschlossen wird. Hierbei wird die Phase L1 mit der Gruppe G1 verbunden und der Neutralleiter N ist in der Konfiguration K3 mit der zweiten Gruppe G2 von Halbleiterbrücken Bn verbunden. Es ergeben sich zwei Gleichrichtergruppen, gebildet von den Gruppen G1 und G2, die somit in H-Brückenstruktur über die Parallelschaltung an der jeweiligen Gleichspannungsseite der Gruppen G1, G2 miteinander verbunden sind. Die an der Gleichspannungsseite der Gruppen G1, G2 entstehende Gleichspannung ist aufgrund der Parallelschaltung angelegt an die Gruppe G4. Deren Halbleiterbrücken bilden eine Spannungswandlergruppe, die den Gleichrichtergruppen G1, G2 nachgeschaltet ist. Hierbei ist in der Schalterstellung K3 und K4 des Schalters S4 und S5 derart miteinander verbunden, dass nicht die Gleichspannungsseite der Gruppe G4, sondern deren Anzapfungsseite mit dem Akkumulatoranschluss B+, B- verbunden ist, insbesondere mit einem Pol des Akkumulatoranschlusses, nämlich den Kontakt B+. Dadurch kann die Gruppe G4 den Gruppen G1 und G2 bzw. den Gruppen G1, G2 und G3 nachgeschaltet sein und so einen nachgeschalteten Gleichspannungswandler bilden.
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In der Schalterstellung K4 ergibt sich eine zweite Wechselspannungskonfiguration, bei der der zweite Wechselspannungsanschluss AC2 dreiphasig über die Phasen L1, L2, L3 mit jeweiligen Anzapfungsseiten bzw. über die jeweiligen Schalter S1 - S3 mit den Gruppen G1 - G3 verbunden ist. Jede Phase L1 - L3 ist mit einer eigenen Gruppe G1 - G3 an Halbbrücken verbunden. Auch hier ist die Gruppe G4 nicht mit den zweiten Wechselspannungsanschluss verbunden, sondern der Schalter S4 verbindet die Anzapfungsseite der Halbbrücken der Gruppe G4 über den Schalter S5 mit dem Akkumulatoranschluss B+, B-, insbesondere mit einem Kontakt B+ des Akkumulatoranschlusses B+, B-. Wie auch im einphasigen Fall wird im dreiphasigen Fall wird im dreiphasigen Fall die Gruppe G4 als Gleichspannungswandler gruppiert, der sich ergibt durch die Gruppierung der betreffenden Halbbrücken und der zugehörigen Serieninduktivitäten L der Gruppe G4. Es sei bemerkt, dass durch die Schalterstellung S5 gewählt werden kann, ob die Gruppe G4 den Gruppen G1 - G3 nachgeschaltet ist, oder zu diesem parallel geschaltet ist (auf der Gleichspannungsseite). In der Gleichspannungskonfiguration sowie in der ersten Wechselspannungskonfiguration, bei der der erste Wechselspannungsanschluss AC1 angeschlossen ist, sind die Gleichspannungsseiten der Gruppen G1 - G4 der Halbbrücken miteinander verbunden, so dass die Gruppen G1 und G2 zusammen eine erste Gleichrichtergruppe bilden und die Gruppen G3 und G4 eine zweite Gleichrichtergruppe. Der Aushang der Gleichrichtergruppen ist dann direkt, d. h. ohne Spannungswandlung oder Stromartänderung, mit dem Akkumulatoranschluss B+, B- verbunden.
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Es ist zu erkennen, dass in der o. g. Gleichspannungskonfiguration der Gleichspannungsanschluss DC über die Schalter C1 und C2 mit dem Akkumulatoranschluss B+, B- direkt verbunden werden kann. Jedoch ist in der Gleichspannungskonfiguration nur der Schalter C1 geschlossen, entsprechend der Schalterstellung K1. Hierbei sind auch die Schalter S1 - S5 an der entsprechenden Position K1, so dass sich eine Gruppierung der Halbbrücken G1-G4 zu einem einzigen Gleichspannungswandler ergibt, dessen Gleichspannungsseite direkt mit dem Akkumulatoranschluss B+, B-verbunden ist.
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Jedoch besteht eine weitere Möglichkeit der Gleichspannungsladung, bei der die Schalterstellung K1' vorliegt und somit auch der Schalter C1 geschlossen ist, nicht nur der Schalter C2. Hierbei ist der Gleichspannungsanschluss DC direkt mit der Batterie B+, B- verbunden.
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Der Schalter C2 dient zur Abtrennung des Akkumulators von dem Gleichspannungsanschluss DC, wobei dies auch für den Schalter C1 gilt. Dadurch werden gefährliche Berührspannungen an dem Gleichspannungsanschluss verhindert, wenn dieser nicht belegt ist. Ferner bestehen zwei Schalter BS+, BS-, über die die Akkumulatoranschlüsse B+, B- abtrennbar mit den Halbbrücken der Gruppen G1 - G4 verbunden sind. Es kann sich bei den Schaltern BS+, BS- um einen Trennschütz handeln, mit dem sich der Akkumulator vollständig von den Halbbrücken trennen lässt und somit auch von den betreffenden Anschlüssen, insbesondere von den Wechselspannungsanschlüssen AC1 und AC2. Über die Trennschalter BS+, BS- kann die Batterieseite BS, in der auch die Akkumulatoranschlüsse B+, B- liegen, von der Halbleiterseite IS abgetrennt werden.
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In einer Schalterstellung K5 ist die Gruppe G3 an Halbbrücken bzw. deren Anzapfungsseite mit einem Lastanschluss LA verbunden. An diesem kann beispielsweise eine Last angeschlossen werden, wie ein Heizelement, etwa ein PTC-Heizelement, ein elektrischer Klimakompressor oder ähnliches. Insbesondere kann über den Lastanschluss A ein Verbraucher angeschlossen werden, dessen Nennspannung von der Nennspannung des Akkumulators AK abweicht. Hierbei dient dann die Gruppe G3 als Spannungswandler, um die Spannung des Akkumulators an den Akkumulatoranschluss B+, B-gegenüber der gewünschten Betriebsspannung am Lastanschluss LA anzupassen.
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Dargestellt ist ein angeschlossener Kondensator CG, der zur Glättung verwendet wird. Dieser wird über die Gruppe G3 an Halbbrücken aktiv gesteuert, etwa um Stromrippel zu unterdrücken oder zu kompensieren, die beispielsweise beim einphasigen Laden über den zweiten Wechselspannungsanschluss AC2 entstehen können. Dargestellt ist die Möglichkeit, nur die Konfiguration K5 entsprechend einer Lastkonfiguration anzunehmen, um so Leistung von der Batterie oder vom Gleichspannungsladeanschluss DC zu Verbraucher am Lastanschluss LA zu übertragen. Falls der Kondensator CG vorliegt, dient dieser bei hohen Amplituden als Last und bei im Vergleich hierzu geringeren Amplituden als Stromquelle, um so den Stromrippel zumindest teilweise zu kompensieren.
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Jedoch dient die 1a auch zur Erläuterung einer mehrphasigen Konfiguration, d. h. einer Konfiguration der Ladevorrichtung gemäß zwei der dargestellten Konfigurationen gleichzeitig. Beispielsweise kann die Lastkonfiguration, entsprechend der Schalterstellung K5 gleichzeitig mit der Konfiguration K3 ausgeführt sein, so dass die Schalter S1 - S3 die betreffenden Gruppen G1 - G4 mit den dargestellten Kontaktgruppen K3 und K5 verbinden. Auch der Schalter S5 ist hierbei in der Schalterstellung K3. Über die Gruppe G3 ist der Glättungskondensator CG mit der Parallelschaltung auf der Gleichspannungsseite Halbbrücken verbunden, so dass die Gruppe G3 zur Steuerung des Stromflusses von oder zu dem Kondensator CG verwendet werden kann. Gleichzeitig sind über die Schalter S1 und S2 die Gruppen G1 und G2 an Halbbrücken mit der Phase L1 und dem Neutralleiter N des zweiten Wechselspannungsanschlusses verbunden. Die Gruppen G1 und G2 dienen in diesem Fall als Gleichrichtergruppen, so dass sich auf der Gleichspannungsseite der Gruppen G1, G2 (mit +/gekennzeichnet) eine gleichgerichtete, jedoch pulsierende Spannung ergibt. Aufgrund des dargestellten einphasigen Gleichrichters ergibt sich ein Stromverlauf, der den Betrag eines Sinus entspricht.
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Um den sich ergebenden Wechselstromrichter bzw. Wechselspannungsanteil zu verringern, wird über die Gruppe G3, die über den Schalter S3 zugeschaltet ist, der Kondensator CG in komplementärer Weise aufgeladen. Je höher die Spannung auf der Gleichspannungsseite der Gruppen G1 und G2 ist, desto geringer ist der Stromfluss vom oder zum Kondensator CG. Ist jedoch die Momentanspannung bei null, so wird der Kondensator CG möglichst maximal aufgeladen. Bei einer ansteigenden Spannung an der Gleichspannungsseite der Gruppen G1 und G2 ergibt sich ein sich verringernder Stromfluss durch den Kondensator CG. Bei einem abnehmenden Spannungsverlauf an den Gruppen G1, G2 ergibt sich ein zunehmender Stromverlauf für den Kondensator CG. Dies wird gesteuert durch die Gruppe G3, die nicht nur als Stellglied, sondern auch als Spannungswandler dient, um so den gewünschten phasenversetzten (kompensierenden) Effekt zu erreichen. Durch die Bestromung des Kondensators CG durch die Gruppe G3 verringert sich die Wechselspannungskomponente an der Gleichspannungsseite der Gruppen G1 und G2.
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In einem Beispiel umfassen die Gruppen G1 - G3 jeweils zwei Halbbrücken, während die Gruppe G4 vier Halbbrücken umfasst. Weiterhin kann ein Auftrennschalter vorgesehen sein, der die Gruppe G3 auftrennt und somit eine erste Halbbrücke mit der Gruppe G4 verbinden kann, während eine zweite Halbbrücke mit der Gruppe G2 verbunden werden kann. Diese Aufteilung wird insbesondere verwendet, wenn über den ersten Wechselspannungsanschluss AC1 geladen wird, um so alle Halbbrücken zu gleichen Teilen in zwei Gleichrichtergruppen aufzuteilen.
